正如之前所述,很久以前,人們就知道在奧氏體不銹鋼中添加鉬之后,耐點(dian)腐蝕能力會有所提高,這也適用于實際的鋼種。日本從1970年開始關注鉻對耐腐蝕性的影響,與此同時,也紛紛開始研究其他合金元素對耐蝕性的影響。伴隨著這些研究的開展,能改善耐點腐蝕性的奧氏體不銹鋼也被開發出來了。


  井上等(deng)(1973年)首先把15%~.25%Cr、6.5%~7%Ni、0.5%~5.5%Mo、0.03%~0.35%N、0.01%~0.08%C在規定范圍內按照(zhao)各種(zhong)組(zu)合制成奧氏體不銹鋼,然后把這些不銹鋼置于30℃的(de)10%FeCl3+1/20 mol/dm3HCl溶液中,采用(yong)多重回(hui)歸分析方法整理出(chu)了由(you)點(dian)腐蝕(shi)造(zao)成的(de)腐蝕(shi)減量和化學組(zu)成之(zhi)間的(de)關系,并(bing)把腐蝕(shi)減量的(de)推(tui)算值Δw(g/(㎡·h))與(yu)化學組(zu)成之(zhi)間的(de)關系用(yong)式(8-1)表示出(chu)來。


  log(Δw)=-0.3154(Cr+84.9C+10.2Si-0.3Mn+0.195Ni+2.5Mo+34.6N)+13.9820(8-1)


圖 3.jpg


  在(zai)這(zhe)里,各種元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)均用(yong)mass%表示。這(zhe)一公式表明,C、N、Si、Mo、Cr使(shi)耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)增強(qiang),而Mn卻具有負面影(ying)響(xiang)(xiang)。此外,關于(yu)各種合金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)對17 Cr-16 Ni鋼(gang)和17 Cr-16 Ni-4Mo鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang),遲(chi)澤等(deng)人(ren)(1975年)采(cai)用(yong)氯化(hua)(hua)鐵浸泡試驗和對氯化(hua)(hua)物水溶液中(zhong)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)測定,進(jin)行(xing)了(le)(le)(le)(le)(le)系(xi)統性的(de)(de)(de)(de)(de)研究。其(qi)中(zhong),把合金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)對17 Cr-16 Ni鋼(gang)影(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)一部(bu)分(fen)用(yong)圖(tu)8.3表示了(le)(le)(le)(le)(le)出來,從(cong)而證實了(le)(le)(le)(le)(le)C、N、Si、Mo、Cu、W等(deng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)使(shi)耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)得到了(le)(le)(le)(le)(le)提高。圖(tu)8.4 用(yong)來表示添加合金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)對耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang),如圖(tu)8.4所示,在(zai)酸性氯化(hua)(hua)物水溶液中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)(hua)臨界電(dian)(dian)流密度與氯化(hua)(hua)物水溶液中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)關系(xi)圖(tu)上,合金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)顯(xian)示為曲線(xian),這(zhe)表明在(zai)促使(shi)不銹鋼(gang)發(fa)生鈍化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)(jin)化(hua)(hua)過程中(zhong),耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)有增強(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)傾向。但(dan)是在(zai)圖(tu)8.4中(zhong),只有添加了(le)(le)(le)(le)(le)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)不銹鋼(gang)偏離(li)了(le)(le)(le)(le)(le)整(zheng)體的(de)(de)(de)(de)(de)趨勢,與鈍化(hua)(hua)能(neng)(neng)力(li)(豎軸)相比,它更有助于(yu)提高點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位(wei),所以(yi)(yi)只有氮(dan)以(yi)(yi)不同的(de)(de)(de)(de)(de)原理使(shi)耐點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性得到增強(qiang)。此外,在(zai)蝕(shi)(shi)孔生成時氮(dan)以(yi)(yi)NH4 陽離(li)子的(de)(de)(de)(de)(de)形式存(cun)在(zai)于(yu)液體中(zhong),由此可推斷氮(dan)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)是通過抑制點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)發(fa)生處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)pH值下(xia)降(jiang),來避免點(dian)(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)進(jin)一步發(fa)展(zhan)。


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  正如表(biao)8.2所(suo)總(zong)結的(de)那樣,人們直到(dao)1975年左(zuo)右,才比(bi)較定性、比(bi)較明(ming)確地認識了(le)合(he)金元素(su)對(dui)(dui)奧氏體不銹鋼點腐蝕(shi)的(de)影響(xiang),進而通過提高(gao)Cr、Mo、N含量和(he)降低Mn、S含量等方法,開發(fa)具(ju)有耐點腐蝕(shi)能力的(de)不銹鋼。此外,如下所(suo)述(shu),研究(jiu)者在詳(xiang)細(xi)探討(tao)鉻、鎳、鉬、銅、氮等元素(su)的(de)影響(xiang)同(tong)時,漸(jian)漸(jian)轉(zhuan)為研究(jiu)合(he)金元素(su)對(dui)(dui)縫隙腐蝕(shi)的(de)影響(xiang)。



鹽原等(1975年)研究了Mo、V、Si元素對18 Cr-20Ni鋼的點腐蝕和縫隙腐蝕(shi)的影響,從而證實了V、Si與Mo同時存在時,防蝕效果更顯著。另外,小田等(1976年)證實了銅的添加對25 Cr-23 Ni-3 Mo鋼的點腐蝕影響較小,尤其是添加銅元素后,在25℃的5%NaCl+2%H2O2溶液中的縫隙腐蝕量會減少。





  另一(yi)(yi)方面,中(zhong)田(1976年(nian))檢測(ce)了(le)合(he)金元素(su)(su)對(dui)耐縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐蝕性的(de)(de)判斷標準-脫鈍(dun)化pH(pHa)的(de)(de)影響,把合(he)金中(zhong)的(de)(de)(%Cr)+3(%Mo)+0.5(%Ni)對(dui)pHa的(de)(de)影響用圖8.5 表(biao)示了(le)出來,并證明(ming)了(le)銅能有效抑制(zhi)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(1977年(nian)),后在上(shang)述公式中(zhong)加入2(%Cu),用圖8.6表(biao)明(ming)了(le)與縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐蝕量的(de)(de)關(guan)系(xi)。一(yi)(yi)般(ban)認為,鉬(mu)對(dui)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐蝕的(de)(de)影響效果通過由鉬(mu)酸生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)引起的(de)(de)再鈍(dun)化來實現(xian)。根據鈴木(1979年(nian))的(de)(de)研究成(cheng)(cheng)果,一(yi)(yi)般(ban)來說(shuo),鉬(mu)在奧氏體不銹鋼(gang)或鐵素(su)(su)體不銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)濃(nong)度大于2%~3%時,就能有效抑制(zhi)縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)腐蝕的(de)(de)發生(sheng)(sheng)。如果鉬(mu)在縫(feng)(feng)(feng)隙(xi)中(zhong)偏析后能發生(sheng)(sheng)再鈍(dun)化,那(nei)么為確保一(yi)(yi)定比例以上(shang)的(de)(de)阻化劑(ji)濃(nong)度,2%~3%的(de)(de)鉬(mu)就是必要(yao)的(de)(de)組成(cheng)(cheng)部分(fen)。


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   此(ci)外,小林等(deng)(1978年)研究了(le)氮(dan)是(shi)如(ru)何影響Cr、Ni、Mo含量不同(tong)的(de)奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de),他發現在20%~24%Cr、12%~20%Ni、2.5%~4.4%Mo這一(yi)范(fan)圍內的(de)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang),比如(ru)22 Cr-20 Ni-3 Mo鋼(gang)中添加氮(dan)后,點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)臨界溫度(du)升(sheng)高(gao)(gao)(gao),能(neng)有效抗腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。鉻及鉬的(de)含量越高(gao)(gao)(gao),抗腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)效果(guo)越明顯,而(er)且氮(dan)也(ye)能(neng)改善縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性,這一(yi)效果(guo)也(ye)多見于高(gao)(gao)(gao)鉻、高(gao)(gao)(gao)鉬鋼(gang)。


 杉本等(1980年)針對(dui)0.3%~4%Cu、0.03%~0.1%N、0.8%~1.5%Si對(dui)19 Cr-10 Ni-1 Mo鋼(gang)耐蝕性(xing)的(de)影響進行了(le)研究。他(ta)們測定(ding)了(le)其在25℃的(de)3.5%NaCl及80℃的(de)1000x10-4%(ppm)Cl-中的(de)點腐(fu)(fu)蝕電位,結果顯示(shi)銅使耐點腐(fu)(fu)蝕性(xing)降低,而(er)氮和(he)硅使耐點腐(fu)(fu)蝕性(xing)升(sheng)高,并(bing)開發了(le)與(yu)SUS316一樣的(de)耐局部腐(fu)(fu)蝕不(bu)銹(xiu)鋼(gang),即鉬含(han)量減(jian)少的(de)19Cr-10Ni-1Mo-1.5Si-0.1N鋼(gang)。


  關(guan)于(yu)Cu(0.5%~2%)、Mo(0.5%~1%)對18Cr-10Ni鋼局部(bu)腐蝕的(de)(de)影響,大橋等(1980年)測定了在(zai)40℃的(de)(de)5%NaCl溶液中的(de)(de)點(dian)腐蝕電位(wei),發現銅有使(shi)(shi)(shi)點(dian)腐蝕電位(wei)略(lve)微降(jiang)低的(de)(de)傾(qing)向,銅的(de)(de)添(tian)加(jia)使(shi)(shi)(shi)40℃的(de)(de)5%NaCl+2%H2O2溶液中的(de)(de)腐蝕度降(jiang)低,使(shi)(shi)(shi)縫隙部(bu)位(wei)的(de)(de)腐蝕均勻(yun)。


此外,針對(dui)Ni(20%~45%)和Cr(15%~30%)對(dui)含3%Mo的高鎳(nie)奧氏體不銹鋼的影響(xiang),本田等(1983年)通過氯化(hua)鐵(tie)浸(jin)泡試(shi)驗進(jin)行(xing)了(le)研究,結果(guo)如圖8.7所示,鎳(nie)的防蝕(shi)效(xiao)果(guo)雖比鉻小,但添加大量(liang)的鎳(nie)后,效(xiao)果(guo)就(jiu)比較明顯。


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  另外(wai),20Cr-25Ni-6Mo鋼(gang)(gang)具(ju)有良好的耐局部(bu)腐(fu)(fu)蝕性,名越等(1984年)就(jiu)Cu、N、Ni含(han)量對該鋼(gang)(gang)點(dian)腐(fu)(fu)蝕和縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕的影響進行(xing)了(le)深入的研究,從(cong)而證(zheng)實(shi)了(le)氮具(ju)有耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕的效果,與此同時也表明(ming)了(le)鎳含(han)量的減少(shao)能降(jiang)低焊(han)接部(bu)位的耐蝕性。另外(wai)他們還(huan)進行(xing)了(le)實(shi)驗室及海水浸泡實(shi)驗,由此證(zheng)實(shi)了(le)通過添(tian)加氮元素和降(jiang)低硫含(han)量,銅添(tian)加鋼(gang)(gang)的耐點(dian)腐(fu)(fu)蝕性和耐縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕性增強。


 宇城等(deng)(1984年)也對(dui)改變Ni、N含量后(hou)的(de)26Cr-19~30Ni-6Mo鋼(gang)和20Cr-22~25Ni-6Mo鋼(gang)進行了(le)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電位測定和氯化鐵浸泡試驗,從而證實了(le)氮元素能(neng)顯(xian)著提(ti)高耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性、耐(nai)縫隙腐(fu)蝕(shi)性,并(bing)表(biao)(biao)明了(le)縫隙腐(fu)蝕(shi)性大致可以用(yong)%Cr+3(%Mo)+70(%N)來衡量。此(ci)后(hou),太田等(deng)(1986年)針對(dui)添加了(le)0.7%N的(de)20Cr-10Ni 鋼(gang),采(cai)用(yong)加壓溶解(jie)的(de)方法測定了(le)該鋼(gang)在40℃的(de)0.5 mol/dm3 NaCl 溶液中的(de)點(dian)腐(fu)蝕(shi)電位,結果表(biao)(biao)明20Cr-10Ni-0.7N鋼(gang)的(de)耐(nai)點(dian)腐(fu)蝕(shi)性比SUS316鋼(gang)優良得多。


 岡山等(deng)(1987年(nian))測定(ding)了(le)80℃的(de)(de)3%NaCl溶液(ye)(ye)中的(de)(de)縫隙再鈍化(hua)電位(ER),采用多重回歸分(fen)析法分(fen)析了(le)合金元素對ER的(de)(de)影響。該(gai)分(fen)析結果表(biao)明(ming),對奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)來說(shuo),鉻和鉬使ER升高(gao),但鉬對含(han)(han)有2%~3%Cu的(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)卻沒有這種(zhong)作用,而是銅的(de)(de)添加使ER升高(gao)。另外,該(gai)結果還表(biao)明(ming)鎳含(han)(han)量的(de)(de)增加使ER降低,氮(dan)沒有使ER升高(gao)。并且(qie)他們在25℃、12%NaCl溶液(ye)(ye)中測量出(chu)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)脫鈍化(hua)pH(pHa)值(zhi),并把合金元素對pH,值(zhi)的(de)(de)影響用下式表(biao)示(shi)出(chu)來,其中元素用mass%表(biao)示(shi)。


pHd=-0.248Cr+1.29logNi-0.219Mo+2.66C+74.9S+4.09


另外,針對Cu含量在(zai)0.9%以上的奧(ao)氏體不銹鋼,得出(chu)下式:


pHd=-0.144Cr+1.73logNi-0.206Mo-0.146Cu+1.17Si-0.177Nb+1.89


 也(ye)就是說,Cr、Mo、Cu使(shi)pH,值降低,但與(yu)鐵素體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼或雙相不(bu)(bu)銹(xiu)鋼不(bu)(bu)同的(de)是,鎳使(shi)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)pH,值下降。可見,在鎳對不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)影響方面,這一(yi)結果與(yu)剛才所示的(de)中(zhong)田等人(ren)的(de)結果相矛(mao)盾。而且(qie)在這一(yi)研究中(zhong)沒(mei)有涉及氮元素的(de)影響。


針對(dui)18Cr-14Ni和(he)14Cr-16Ni鋼(gang),陳等人(1996年)通過使用莫爾(er)條紋法(fa)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)面三維測量系統,測定(ding)了合金元素(su)(P、Si、Mn、Cu、Al)對(dui)這兩種鋼(gang)在80℃、3%NaCl溶液中產(chan)生(sheng)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)和(he)腐(fu)蝕(shi)擴散時(shi)的(de)(de)溶解所造成(cheng)的(de)(de)影(ying)響。該研(yan)究(jiu)結(jie)果(guo)表明,合金元素(su)對(dui)初(chu)級階(jie)段的(de)(de)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)只產(chan)生(sheng)很小(xiao)的(de)(de)影(ying)響,而對(dui)處于發展階(jie)段的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(即ER)的(de)(de)影(ying)響卻很大。


上述各個(ge)試驗結果明確(que)了(le)Cr、Mo、N對(dui)縫(feng)隙腐(fu)蝕具有抑制(zhi)效果。關于鎳(nie)的(de)影(ying)響(xiang)目前還(huan)不清楚(chu),但因為奧氏(shi)體不銹鋼中含有大量的(de)鎳(nie),所以今后(hou)應該進一步(bu)明確(que)鎳(nie)對(dui)腐(fu)蝕的(de)影(ying)響(xiang)程度(du)及其結構。